SiC繊維/炭素複合材料を適用した熱防護システムの研究

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米国のスペースシャトルでは、熱防御システム(Thermal Protection System, TPS)の材料としてセラミックタイルが使用されている。セラミックタイルは断熱性には優れるが、再使用性と整備性には問題が多く、検査・整備・修理等に多大なコストを要しているのが現状である。本研究は、TPSの整備性と再使用性の大幅な向上を目指して、SiC/炭素系複合材料等の無機系超耐熱複合材料を用いたスタンドオフ型のTPSに関する基礎的な検討を行うことを目的として実施したものである。研究実績の概要を以下にまとめる。(1)界面特性の異なる2種類のSiC/炭素系複合材料を試作し、室温〜1400℃の温度域における大気中での力学特性評価を行った。特に、切り欠き感受性に関しては詳細な実験を行い、繊維/マトリクス界面が切り欠き感受性に大きく影響することを確認した。JAXAアーク加熱風洞を使用して、高温プラズマ気流中における酸化試験を実施した。その結果、酸化速度が時間とともに遅くなる現象を把握した。(2)面内の熱伝導特性を制御する目的で、2つの異なるコンセプトに基づく材料設計を行い、その実証のため実際の材料試作を行った。(1)気相成長カーボンナノチューブ(VGCF)をマトリクス中に傾斜分布させたC/C複合材料(2)熱伝導率の大きく異なる2種類の炭素繊維を適用したハイブリッド繊維型C/C複合材料これらの熱伝導制御型C/C複合材料の基本的な製造方法を確立するとともに、面内の熱伝導挙動を評価した。また有限要素解析による数値解析結果と比較し、実験値と解析値が良い対応を示すことを確認した。